全數字超低速隨動系統
劉景林，馬瑞卿，戴冠中，劉衛國
(西北工業大學，陜西 西安 710072)
摘要：介紹了以80c19 6kc單片機為核心的全數字超低速隨動系統，分析探討了系統的控制規律和實現方法。該系統具有較高的精度和良好的低速性能。
關鍵詞：單片機；低速；精度；控制
中圖分類號；tm301 文獻標識碼：a 文章編號：1001-6848(2000)06-0022-03
1 引 言
目前，低速隨動伺服系統的研發和應用不斷深入和拓展，廣泛應用于自動控制、機械加工、通訊、雷達、火炮、航空航天等領域。隨著科學技術的發展，對系統的低速性能及精度提出了更高的要求。
16位單片機8019 6kc系列功能強大，具有實時運算處理速度快、抗干擾能力強、控制功能豐富等特點，適于各種控制伺服系統[1]。利用單片機適于進行實時控制的特點，本文設計了以單片機最小系統為基礎的全數字超低速伺服系統，采用多閉環（位置、速度、電流）控制，系統具有優越的超低速性能和良好的控制精度。
2 系統方案
本系統采用位鬣、速度、電流三環實現伺服跟蹤，系統控制方框圖如圖1所示。
為降低超低速度條件下運行的轉矩脈動和抖動現象，電機采用無槽型正弦波驅動的無刷電機。電機旋轉昀角度位置由雙通道的高精度旋轉變壓器進行檢測，并經由rdc轉換電路輸入單片機80196kc進行采樣和運算，實現角度位置反饋測量、速度反饋計算和轉子轉過的位置確定。系統的電流反饋通道為主功率母線電流經放大后送80c196kc單片機的a/d電路完成采樣。
本系統的基本構成如圖2所示，主控單元采用80c196kc單片機完成，pc機通過單片機來完成系統的監控。當無pc機監控時，80c19 6kc可獨立的接受外部指令，從而實現位置的伺服跟蹤。邏輯脈沖分配電路將單片機計算出來的6路spwm信號與保護電路來的信號進行綜合，經光電耦合及驅動控全數字超低速隨動系統 劉景林 馬瑞卿 戴冠中，等制的6支功率晶體管組成的三相橋式逆變器，實現電機的運行。
3伺服電機
3.1驅動方式
無刷電機的驅動方式有兩種，即方波驅動和正弦波驅動。
方波驅動時，定子繞組按照一定規律順序循環通電，因而電樞磁場在3600內分成若干個磁場狀態，在每種狀態中磁場大小方向恒定，所以電機運行一周期電樞磁場為非連續性跳躍式，易造成轉矩波動[2]，在低速下則更為顯著；正弦波驅動時，三相繞組通入對稱三相交流電，電樞磁場為圓形旋轉磁場，方向連續變化，使電機電磁轉矩平穩，具有良好的低速特性，因此，采用正弦波驅動是適宜的。
3.2槽型選擇
由于本系統跟蹤速度極低，常規有槽電機盡管可采用斜槽等措施減小齒槽力矩，但仍無法根除，對超低速條件下的運轉十分不利。本電機采用無槽結構，可使電機磁路均勻，轉動平穩，為實現良好的低速性能奠定了基礎。當然，無槽電機增加了制造難度，成本上升，也使電機單位力能指標有所犧牲。
3.3繞組形式
正弦波驅動的無刷電機其繞組反電勢波形應為正弦波，即要使其波形正弦度盡可能的提高。
根據電機原理，電勢正弦性畸變可由下式給出：
為了有效地消除高次諧波的影響，保證波形正弦性，采用合適的短距繞組，以消除5、7次諧波，并且取分數槽繞組，消除高次諧波的影響。
4 主功率電路
本系統采用dc/ac三相橋式逆變器作為無刷電機供電電源，其中電阻風01-r103為三個橋臂的限流電阻。其作用是防止橋臂直通時擊穿功率管，從而提高系統可靠性。電容c105- |
